Тема: Кольорові метали та сплави на їх основі

Опрацюйте теоретичний матеріал теми та законспектуйте його

Тема: Кольорові метали та сплави на їх основі

1. Мідь та сплави на її основі

Мідь – метал червоно-рожевого кольору, пластичний, м'який. Щільність становить 8960 кг/м³, температура плавлення 1083ºС, кристалічні ґратки ГЦК. Мідь хімічно малоактивна. Має високий електроопір, прийнятий в техніці за еталонне значення – 100%. Важливе значення також має теплопровідність міді. Механічні властивості міді не високі і суттєво залежать від умов виготовлення деталей. Серед технологічних властивостей можна відзначити гарну оброблюваність тиском, можливість пайки і досить низькі ливарні властивості, зварюваність та оброблюваність різанням. Чиста мідь використовується в електротехніці для виготовлення електричних, телеграфних та телефонних дротів (М00, М0, М1), теплотехнічних виробів (нагрівачів, теплообмінників, радіаторів) у вакуумній техніці, а також в якості основи мідних сплавів.

Основними перевагами мідних сплавів є висока електропровідність, низький коефіцієнт тертя, висока пластичність, значна міцність (до 1200МПа), корозійна стійкість в агресивних середовищах, можливість термомеханічної обробки.

Мідні сплави поділяються на:

• Латуні – сплав Сu + Zn;

• Бронзи – сплав Cu + Sn, Cu +Al, Si, Be;

• Мідно-нікелеві сплави.

По хімічному складу сплави міді бувають прості (бінарні) та спеціальні леговані (багатокомпонентні)

По технологічним властивостям і способу виготовлення мідні сплави поділяють на деформовані та ливарні. З деформованих виготовляють листи, труби, напівфабрикати різного профілю. З ливарних – корпусні, фасонні виливки та художні вироби.

Зміцнення мідних сплавів термічною обробкою ускладнене, тому що розчинність легуючих елементів в міді обмежена,  краще застосовувати термомеханічне зміцнення чи наклеп. Пластичність мідних сплавів підвищується відпалюванням (600 – 700ºС).

     Латунь. Латунями (ГОСТ15527 – 70 і ГОСТ17711 – 80) називають сплав міді з цинком та різними легуючими добавками (Al, Sn, Mn, Ni, Si, Pb та іншими, сума котрих не більше 10%). Вміст цинку в  латуні змінюється до 49%. Цинк визначає механічні властивості літуні: чим більше Zn, тим вище твердість, міцність і як наслідок крихкість, при цьому знижуються характеристики пластичності. З збільшенням вмісту Zn колір латуней змінюється від рожево-жовтуватого до світло-жовтого.

Прості, однофазні латуні мають структуру твердого розчину цинку в міді. В них вміст цинку не перебільшує 39%. Ці латуні досить пластичні, добре паяються, зварюються, обробляються тиском в гарячому і холодному стані, мають високу корозійну стійкість. Їх використовують для виготовлення радіаторних трубок, деталей конденсаторно-холодильного обладнання, ущільнювальних прокладок, дроту, гільз, деталей електрообладнання, штампованих та пресованих деталей. Приклади марок: Л96, Л80, Л70, Л68, Л59.

Багатокомпонентні латуні можуть бути леговані різними компонентами  чи їх комплексами.  Легуючі елементи в латунях суттєво змінюють їх властивості. Так Al, Si, Ni, Mn підвищують механічні властивості латуней і збільшують їх корозійну стійкість; Sn – збільшує корозійну стійкість в морській воді; Pb – покращує оброблюваність різанням. Леговані латуні застосовують для виробів, що працюють при більших навантаженнях та у більш складних  умовах експлуатації.  Приклад: Л АЖ 60-1-1,  ЛЖМц 59-1-1,       ЛС 59-1, ЛЦ40С,  ЛЦ40Мц3Ж.

Завдяки гарному поєднанню механічних, технологічних і широкому діапазону споживчих властивостей, порівняльній дешевизні латуні є одні з найбільш розповсюджених конструкційних матеріалів.

Бронза. Бронзою називають сплави  міді з оловом чи деякими іншими елементами: алюмінієм, кремнієм, берилієм, свинцем та іншими.  Назву конкретний вид бронзи отримує по основному компоненту, що входить у сплав із міддю. Наприклад: олов’яні бронзи, кременисті бронзи. До складу бронзи також можуть входити і легуючі  елементи.

Структура та властивості бронзи змінюються в залежності від швидкості охолодження при кристалізації сплавів, виду термічної обробки і характеру обробки тиском. Для покращення властивостей їх піддають  термічній обробці: відпалюванню, гартуванню з відпущенням або пластичному деформуванню з метою наклепу. Більшість бронз (крім алюмінієвих) гарно піддаються зварюванню і паянню.

Олов’яні  бронзи. Вміщують до 14% олова, збільшення кількості якого підвищує твердість і міцність. Однак, внаслідок високої вартості олова його частку замінюють свинцем чи цинком. Додаткове легування здійснюють Zn, Pb, Ni, P. Олов’яні бронзи мають високі антифрикційні властивості, корозійну стійкість і досить високі пружні властивості. З них виготовляють різний прокат, дріт для пружин, ливарних деталей корпусів складної форми, деталей високого навантаження, опорні шайби, шестерні, деталі паро- і гідроапаратури. Приклад: БрОФ10-1, БрОФ8,5-0,3, БрЩ4Ц4С17.

Алюмінієві бронзи. Вміщують 5…11%Al. Вони є найбільш розповсюдженими дешевими замінниками олов’яних бронз і навіть  перевищують їх по ряду властивостей: ливарним, порівнювально вищою міцністю, жаростійкістю, хімічною стійкістю. Недоліком цих бронз є важке паяння і зварювання. Бронзи, що містять до 7,5%Al дуже пластичні, стійкі до стирання і використовуються для виготовлення напівфабрикатів різного профілю, стрічки, листів, дроту для пружних елементів і струмопровідних пружин. Леговані бронзи мають покращені властивості, а саме підвищені механічні і фізичні властивості, жаростійкість, корозійну стійкість, гарні технологічні властивості, морозостійкість, оброблюваність тиском.  З цих бронз виготовляють фасонні виливки, шестерні, втулки, деталі турбін і двигунів, деякі застосовують для виготовлення литих підшипників і втулок. Приклад: БрА5, БрА7, БрАЖМц 10-3-1,5.

Кременисті бронзи. Вміщують до 3,0%Si. Основними легуючими елементами є Mn  і  Ni. Ці бронзи перевершують інші в міцності і стійкості в лужних середовищах, тому використовуються для виготовлення труб і арматури хімічної промисловості. В багатьох випадках вони є замінниками дорогих олов’яних чи берилієвих бронз і латуней. Кременисті бронзи легко обробляються тиском, різанням і зварюються, однак їх ливарні характеристики низькі. Приклад: БрКМЦ3-1,

Берилієві бронзи. Містять до 1,8…2,5% Be. Легуючими елементами в них є Mn, Ni, Fe, Co, Ti та інші. Ці бронзи  крім високої міцності характеризуються високою пружністю і електропровідністю. Вони добре обробляються різанням і зварюються. З виду високої вартості ці бронзи використовуються для особливо відповідальних виробів контрольно-вимірювальних приладів, контактів, роз’ємів, різних пружних елементів в авіаційній апаратурі, радіотехніці, зв’язку тощо. Приклад: БрБ2, БрБНТ 1,7; БрБНТ 1,9.

Свинцеві бронзи. Містять до 27…33% свинцю (Pb). За рахунок того, що свинець практично не розчиняється в міді, в цих бронзах по границям зерен розміщується евтектика у вигляді крапель. Саме така структура й забезпечує основну характеристику свинцевої бронзи – антифрикційність. Однак механічні характеристики їх не високі. Легують ці бронзи Ni і Sn. Використовують свинцеві бронзи в вузлах тертя, підшипниках ковзання, біметалевих виробів. Приклад: БрС30, БрСН60-2,5, БрСО12-8.

Мідно-нікелеві сплави. Cu з  Ni утворюють тверді розчини. Ni збільшує твердість, міцність і електроопір, зменшує коефіцієнт лінійного розширення, підвищує корозійну і теплостійкість. Мідно-нікелеві сплави виділені в особливу групу  (ГОСТ 492 – 73). Їх поділяють  на конструкційні – мельхіор, нейзильбер, куніаль, та електротехнічні – копель, константан, манганін. З мельхіору (МНЖМц30-0,8-1) виготовляють конденсаторні трубки, медичний інструмент, деталі точної механіки і хімічної апаратури; нейзильбер (МНЦ15-20) використовують для електротехнічних плоских пружин, реле, термопар, реостатів, деталей карбюраторів; куніаль (МНА13-3) застосовують для деталей підвищеної міцності, пружин; копель (МНМц43-0,5) і константан (МЕМц40,1,5) ідуть на виготовлення дроту вимірювальних і нагрівальних приладів, термопар, компенсаторів; манганін (МНМц3-12) має малу термо е.д.с та електроопір і використовується в резисторах, електроприладах.

Маркування мідних сплавів

Латуні маркуються буквою "Л", наступне число за нею означає вміст міді, залишком (до 100%) є цинк. Це характерно для простих латуней.

Приклад:

Л86 – латунь, міді 86%, цинку – 14%; 

Л59 – латунь, міді 59%, цинку – 41%.

Леговані багатокомпонентні латуні маркуються з врахуванням технологічних властивостей.

В ливарних латунях після букви "Л" вказують цинк та його вміст  у відсотках, далі іде перелік легуючих елементів з позначенням їх кількості, залишком (до 100%) є мідь.

Приклад:

ЛЦ40С – латунь, цинку 40%, свинцю – 1%, міді – 59%;

 ЛЦ40Мц3Ж – латунь, цинку 40%, марганцю – 3%, заліза – 1%, міді – 56%.

Деформовані латуні маркують з вказуванням після букви "Л" всього переліку легуючих елементів після чого через дефіс їх кількості, причому на першій позицій вказують кількість міді, залишком (до 100%) є цинк.

Приклад:

ЛС59-1 – латунь, міді 59%, свинцю – 1%;

ЛАЖ60-1-1 – латунь, міді 60%, алюмінію – 1%, заліза – 1%.

         Бронзимаркуються буквами  "Бр", далі слідує буквене і числове позначення елементів, причому кількість міді не вказується, а визначається по різності до 100%.

В марках бронзи, оброблюваної тиском (деформована) після букв "Бр" стоїть буквене позначення легуючих елементів в порядку зменшення їх концентрацій, а далі в тій же послідовності через дефіс вказується їх кількість.

Приклад:

БрОФ10-1 – бронза олов’яна, олова – 10%, фосфору – 1%, міді – 89%;

БрКМц3-1 – бронза кремениста, кремнію – 3%, марганцю – 1%, міді – 96%.

В ливарних бронзах після кожного буквеного позначення легуючого елементу вказується його вміст у %.

Приклад:

БрО4Ц4С17 – бронза олов’яниста, олова 4%, цинку – 4%, свинцю – 17%, міді – 75%.

БрС30 – бронза свинцева, свинцю 30%,  міді – 70%.

БрА10Ж3Мц2 – бронза алюмінієва, алюмінію – 10%, заліза – 3%, марганцю – 2%, міді – 85%.

Дайте відповідь на питання.

1. Сплав Cu + Zn називають .........

2. За технологічними властивостями кольорові сплави поділяють на дві групи- які?

3. Назвіть різновиди бронз

4. Чим прості латуні та бронзи відрізняються від спеціальних

Надішліть фото конспекту теми на перевірку